[发明专利]基于太赫兹衰减全反射技术的transwell检测装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于太赫兹衰减全反射技术的transwell检测装置及方法，可用于对transwell实验小室下层的细胞进行快速、无标记定量检测。该检测装置包括：太赫兹信号发生单元，包括飞秒激光光源、激光分束器、超半球硅透镜Ⅰ和光电导天线Ⅰ；全反射棱镜检测单元，由上而下包括transwell小室和全反射棱镜，transwell小室的底部设有通透性多孔薄膜，多孔薄膜的下方附着单细胞层，单细胞层与全反射棱镜紧密接触；太赫兹信号接收单元，包括光电导天线Ⅱ；时间延迟控制系统，包括时间延迟器；信号处理单元。

技术领域

本发明属于太赫兹检测技术领域，涉及基于太赫兹衰减全反射技术的transwell检测装置及方法。

背景技术

细胞和组织培养技术是基础生命科学领域的重要部分。以滤膜作为细胞培养支撑介质最早来源于Grobstein(Natrue,172:860-872；1953)关于后肾滤膜诱导的相关研究。显然，相较坚固的细胞培养皿和培养瓶，通透性支撑界面有利于细胞从其基底面和顶面分泌和吸收分子，可以更自然、更接近在体条件下进行新陈代谢。因而，具有通透性薄膜底层的杯状装置，即transwell小室(transwell chamber)，在研究细胞的相互作用、迁移及侵袭性能力方面具有不可替代的重要作用。

Transwell实验结果判读，特别是在评估细胞迁移、侵袭能力时，主要依赖于对transwell小室下层细胞的计数，从而获得细胞迁移率等数据。目前下室细胞计数方法主要分为直接计数法和间接计数法。直接计数法通过去除基质胶和上室细胞层，使用诸如结晶紫、台盼蓝、苏木精等对下室附着细胞进行染色，然后使用显微镜随机选取若干视野进行计数；根据单位视野细胞分布情况及总体接种细胞数量，计算出细胞的迁移率。该方法较多依赖于研究者主观选择确定、计数分析，有较大偏倚，难以整体评估细胞分布密度。间接计数法则通过将下室细胞染色，读取细胞裂解液的对应吸光度值，评估细胞的迁移情况。该方法为有标记检测，较为繁琐，难以有效满足无标记、原位检测的需求。

太赫兹(Terahertz，THz)波是频率在0.1～10THz(对应波长范围为30μm-3mm)的电磁波，介于微波和红外波段之间，处于宏观电子学向微观光子学过渡的波段，具备无标记检测的物理特征和独特指纹图谱优势。同时，其具有较高的时间和空间分辨率，光子能量较小(1THz处光子能量约为4meV),不会对被测物质产生破坏作用。然而，活细胞的太赫兹波谱检测往往受到液相环境强吸收干扰和太赫兹检测波长与单细胞层厚度失匹配的制约，无法准确进行定量和定性的评估。具体表现为：基于透射模式的太赫兹时域光谱系统受限于培养基溶液的强烈吸收，无法准确获取液相溶液中Transwell小室中单细胞层信号，更无法实现对细胞密度分布的评估。基于谐振环的超材料增强技术，需要使细胞生长粘附于谐振环表面，并拭去细胞胞外水进行检测，无法满足活细胞的高通量检测需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于太赫兹衰减全反射技术的transwell检测装置及方法，可用于对transwell实验小室下层的细胞进行快速、无标记定量检测。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于太赫兹衰减全反射技术的transwell细胞实验检测装置，包括：

太赫兹信号发生单元，包括飞秒激光光源、激光分束器、超半球硅透镜Ⅰ和光电导天线Ⅰ，飞秒激光光源发射激光在激光分束器作用下分为泵浦光束和探测光束，泵浦光束经过超半球硅透镜Ⅰ聚焦、准直可激发光电导天线Ⅰ向全反射棱镜检测单元发射太赫兹波；

全反射棱镜检测单元，由上而下包括transwell小室和全反射棱镜，transwell小室的底部设有通透性多孔薄膜，多孔薄膜的下方附着单细胞层，单细胞层与全反射棱镜紧密接触，用于同全反射棱镜表面发生全反射产生的垂直方向分布的倏逝波充分相互作用，调制反射太赫兹波；